IBM приближает эру молекулярных компьютеров

Работа исследователей из IBM опубликована в последнем выпуске журнала Science. Первая часть работы касается магнитной анизотропии отдельных атомов. Это свойство дает возможность использовать одиночные атомы или кластеры из нескольких атомов для хранения единицы информации.

О существовании эффекта магнитной анизотропии у отдельных атомов было известно давно, но лишь исследователям IBM удалось впервые измерить величину этого эффекта. Размеры устройств хранения данных, использующих отдельные атомы, можно проиллюстрировать следующим примером. Около 30 тыс. полнометражных кинофильмов (в оцифрованном виде они займут около 1 тыс. триллионов бит) можно хранить в устройстве размером с плеер iPod. Можно сказать, что ученые приблизились к пределу миниатюризации ячеек памяти.

Изучить магнитную анизотропию удалось с помощью усовершествованного сканирующего туннельного микроскопа, способного перемещать отдельные атомы железа и размещать их в определенном порядке на медной пластине. Затем определяли магнитные свойства этих атомов железа (направление и величину магнитного момента). Подобные эксперименты, хотя и не создают сразу готовый способ хранения данных на атомном уровне, помогут разработать способы управления магнитными свойствами.

Вторая часть работы исследователей IBM относится к созданию логического элемента на молекулярном уровне. Элемент состоит из двух молекул нафталоцианина. При подаче импульса напряжения на наконечник сканирующего туннельного микроскопа, расположенный над молекулами, два атома водорода в соседних молекулах изменяют свое положение. Можно вернуть эти атомы в прежнее состояние с помощью другого импульса. Молекулы, таким образом, являются коммутационными элементами, причем они способны сохранять любое из двух стабильных состояний сколь угодно долго, и число переключений также неограничено. На основе такого молекулярного ключа можно управлять потоками электронов и составлять с их помощью логические электронные схемы.

Интересно отметить, что нафталоцианины в качестве молекулярных логических устройств были найдены случайно. Исследователи IBM изучали молекулярные колебания разных органических молекул и обратили внимание на необычное поведение атомов водорода в нафталоцианине. Дальнейшая работа была посвящена изучению этого эффекта и созданию прототипа молекулярного логического вентиля.